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光刻核心材料,光刻胶国产替代空间大 |钛投研

深度
高端树脂和光刻胶仍有待突破。

受华为新机发布影响,半导体产业链近期表现活跃,8月29日至今半导体产业指数最大涨幅达到14.2%,产业链中光刻胶板块表现亮眼,广信材料容大感光强力新材涨幅分别达到76.14%、63.21%和38.29%。

资料来源:wind,钛媒体产业研究部

目前国内企业光刻胶生产主要以PCB光刻胶为主,同时在PCB光刻胶领域国产替代进度也是最快的,国产化率超过50%,而面板和半导体光刻胶国产化率较低,其中高端半导体光刻胶领域被日本和美国公司垄断,国产替代空间巨大,本文来分析一下光刻胶产业。

PCB光刻胶国产化率较高,半导体光刻胶依赖进口

光刻胶是一种在特定光源照射下溶解度发生变化的光敏材料,在光刻工艺中作为掩膜层,光线通过掩膜板照射光刻胶,经过显影后光刻胶在晶圆上形成与掩膜板一致的图形,再通过蚀刻将掩膜板上图形转移到晶圆上。

根据显示效果不同,光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶,正性光刻胶经过光照辐射后,曝光部分被显影液溶解,而负性光刻胶则经过光照辐射后,未经曝光被掩膜板覆盖的部分被显影液溶解,由于负性光刻胶显影时容易发生变形和膨胀,分辨率较低,生产中主要使用正性光刻胶。

PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶以及光成像阻焊油墨,成本约占PCB生产成本的3%,其中湿膜光刻胶是直接以液态形式涂在基材表面,而干膜光刻胶是预先将液态光刻胶涂布在载体薄膜上,经处理形成固态薄膜光刻胶后再直接贴附到基材表面。

相比面板和半导体光刻胶,国产PCB光刻胶在国内市场份额达到63%,湿膜光刻胶和阻焊油墨已基本实现自给,干膜光刻胶由于技术壁垒相对较高,目前国内仍以进口为主。

面板光刻胶主要分为彩色光刻胶、黑色光刻胶、触屏用光刻胶和TFT-LCD正性光刻胶,约占LCD面板生产成本的10%,其中彩色光刻胶和黑色光刻胶主要用于制作彩色滤光片,触屏用光刻胶主要用于在玻璃基板上沉积ITO制作触摸电极,TFT-LCD正性光刻胶主要用于微细图形加工。

触屏用光刻胶国产化率近年提升较快,目前已经达到30%-40%左右,而彩色光刻胶和黑色光刻胶作为面板光刻胶核心材料,目前国产化率仍然较低,仅6.36%和13.08%左右。

光刻作为芯片制造过程中最关键技术,占整个晶圆制造成本的35%,光刻胶是光刻工艺中最重要的耗材,在芯片制造材料成本中占比达到12%,是继硅片和电子气体之后第三大半导体材料。

根据曝光波长不同,半导体光刻胶主要分为G线(436nm)、I线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)和EUV(13.5nm)光刻胶,曝光波长越短,分辨率越高,相对应所制备的芯片制程也越小。

半导体光刻胶作为技术壁垒最高的光刻胶,其国产化率也最低,目前国内G线和I线光刻胶国产化率约10%,KrF和ArF光刻胶国产化率仅1%左右,而EUV光刻胶国内尚处于空白。

全球高端半导体光刻胶市场主要被日本和美国企业垄断,其中日企占全球市占率约70%,根据SEMI数据,2022年全球半导体光刻胶市场份额CR5为81%,其中东京应化、杜邦和JSR分别以27%、17%和13%的市场份额位居前三。

树脂为光刻胶核心,国内企业差距较大

光刻胶主要由光引发剂、树脂、溶剂和添加剂组成,其中树脂成本占光刻胶总成本的50%左右,添加剂(包括单体、助剂)成本占35%左右,光引发剂和溶剂成本合计占15%左右。

树脂作为光刻胶最核心部分,是一种作为粘合剂的惰性聚合物,通过将光刻胶中不同材料聚合在一起,在光照下与光敏材料发生反应,使光刻胶在显影液中溶解度发生变化,决定了曝光后光刻胶能达到的线宽和硬度、柔韧性等性能。

添加剂包括单体和其他助剂,在光刻胶中含量占比较小,主要用来控制和改变光刻胶特定化学性质。

光引发剂主要包括感光化合物和光致产酸剂,决定了光刻胶感光度和分辨率等性能;溶剂将光刻胶各组分分散其中,使光刻胶具有良好的流动性,从而实现光刻胶的均匀涂覆,目前主要使用的溶剂为PGMEA(丙二醇甲醚醋酸酯)。

国内在溶剂和中低端树脂方面已实现规模化量产,溶剂方面,我国已成为全球最大PGMEA生产国,2021年产能占全球总产能35%,PCB光刻胶树脂方面国内强力新材等企业也已实现规模化量产。

全球光刻胶树脂企业主要分为两类,一类为自产树脂光刻胶厂商,如信越化学、杜邦等,这类公司掌握树脂合成和光刻胶配方专利;另一类专门生产树脂,为光刻胶厂商提供定制化树脂企业,如东洋合成、住友电木和三菱化学等。

国内光刻胶使用树脂90%以上依赖进口,G、I线光刻胶所使用的酚醛树脂国产化程度较低,依赖进口;KrF所使用聚对羟基苯乙烯单体国内仅少数厂商能生产,目前基本也依赖进口;ArF光刻胶的聚甲基丙烯酸脂类树脂定制化程度高,国际上仅能买到买到部分普通ArF树脂,无法买到高端ArF树脂。

光引发剂方面,国内久日新材与荷兰IGM Resins处于行业第一梯队,两家企业产能均已突破两万吨,此外,国内强力新材和扬帆新材等企业也均有布局。

国内厂商积极进行布局,高端光刻胶处于验证阶段

目前国产光刻胶已在28nm-90nm工艺实现覆盖,在供应链自主可控和市场需求推动下,国内企业近年也在产业链上积极布局。

在产业链上游树脂环节,强力新材为PCB光刻胶树脂龙头,面板光刻胶树脂企业包括强力新材、圣泉集团彤程新材等;半导体光刻胶树脂企业包括彤程新材、圣泉集团、博康化学和久日新材等。

光引发剂环节,PCB光刻胶和面板光刻胶光引发剂企业包括强力新材和久日新材等;半导体光刻胶光引发剂包括强力新材、久日新材、扬帆新材以及博康化学等。

PGMEA溶剂企业包括江苏德纳、江苏华伦、百川股份怡达股份以及博康化学等。

PCB干膜光刻胶方面,容大感光已掌握干膜光刻胶配方及生产技术,干膜光刻胶产线正处于建设中;湿膜光刻胶以及阻焊油墨企业包括容大感光、东方材料飞凯材料以及北京力拓达等。

LCD彩色光刻胶企业包括永太科技雅克科技晶瑞电材等;黑色光刻胶企业包括上海新阳和江苏博砚等;TFT-LCD正性胶企业包括苏州瑞红、北京科华和容大感光等。

半导体G/I线光刻胶企业包括苏州瑞红、北京科华和容大感光等;KrF和ArF光刻胶企业包括上海新阳、南大光电、苏州瑞红和北京科华等;EUV光刻胶彤程新材已通过02专项验收。

资料来源:公司公告,钛媒体产业研究部

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